(57)【要約】【課題】高精細インクジェットプリンタに好適なプレス加工で形成されるノズルプレートを提供する。【解決手段】金属プレートにプレス加工で多数のノズル孔１２をパンチング形成することにより得られるインクジェットプリンタ用のノズルプレート１０であって、金属プレートとしてインバー型合金製プレートを採用し、それぞれのノズル孔１２のインク出口側における縦断面の輪郭形状が、滑らかな曲線で構成されており、金属プレートの加工範囲における最大結晶粒断面積が、ノズル孔１２を形成するパンチ１３の加工領域における軸直角最大断面積よりも小さいノズルプレート２２。【選択図】図１
2007137039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属プレートにプレス加工で多数のノズル孔をパンチング形成することにより得られるインクジェットプリンタ用のノズルプレートであって、
それぞれのノズル孔が、インク出口側に向かって次第に径が小さくなっていく滑らかな曲面で構成されているノズルプレート。
【請求項２】
前記金属プレートがインバー型合金製のプレートである請求項１記載のノズルプレート。
【請求項３】
金属プレートにプレス加工で多数のノズル孔をパンチング形成することにより得られるインクジェットプリンタ用のノズルプレートであって、
前記金属プレートの加工範囲における最大結晶粒断面積が、ノズル孔を形成するパンチの加工領域における軸直角最大断面積よりも小さいノズルプレート。
【請求項４】
インクジェットプリンタのノズルプレートを製造するために用いるパンチであって、
ワークに嵌入される部分が、インク出口側に向かって次第に径が小さくなっていく滑らかな曲面で構成されているパンチ。
【請求項５】
前記曲面の輪郭形状の軸心に対する勾配が、先端側に向かって次第に緩くなっていく請求項４記載のパンチ。
【請求項６】
基材と、その基材に植設されたパンチと、加工されたワークをパンチから抜き出すために設置されるストリッパとを備えており、
前記ストリッパのワークと接触する面が、軟質の高分子材料からなるパンチ型。
【請求項７】
金属プレートに、請求項６のパンチ型で、かつ請求項４のパンチを備えたパンチ型を用い、出口側を膨出させながら出口が貫通しない多数のノズル孔を形成し、ついで出口側の面を平坦に加工することにより出口を形成する、インクジェットプリンタ用のノズルプレートの製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプレス加工で製作される、高画質インクジェットプリンタのノズルプレート、その製造に用いるパンチおよびパンチ型、ならびにそのノズルプレートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平１０−２２６０７０号公報
【特許文献２】特開２００３−１０３３４０号公報
【０００３】
［微細化の問題］
インクジェットプリンタで印刷される画像の更なる高画質化には、高解像度の印刷が行えるインクジェットプリンタヘッドが必要不可欠である。そのためにはインクジェットプリンタヘッドに成形されるノズル間の狭ピッチ化とそのノズル径の微細化とが要求される。
【０００４】
［材質の問題］
ノズル間の狭ピッチ化にはノズルにインクを導入するためのインク室のピッチもノズル間のピッチと同じ値にする必要があり、同じ値の狭ピッチで配列されたインク室プレートが必要である。そしてインク室間を隔てる側壁もノズルの狭ピッチ化に伴い、薄く製作しなければならない。その制作方法には半導体プロセスを用いる場合が多く、その素材はシリコンに代表される。
【０００５】
［加工法と材料］
ノズルプレートに形成されるノズル形状は、ノズル出口に向かってテーパを持つ円錐台形状が望ましいことは周知であり、その製作方法は、電鋳法、レーザー加工法、プレス加工法などが挙げられる。そのときのワークはニッケルやステンレス等の金属に代表される。そしてインク室プレートとノズルプレートとは別工程で作成された後、熱硬化性樹脂等を用いて加熱して接合させる。しかしノズルプレートの素材であるニッケルやステンレスとインク室プレートの素材であるシリコンとの熱膨張係数が大きく異なるため、接合後のプレート温度が室温に戻る際に、プレートに破損やソリが発生するという問題がある。
【０００６】
［電鋳法］
また、ノズルプレート制作方法の一つである電鋳法は、材料選定が限定される上、ノズルのテーパ形状部分が自然アールとなるため、ノズル出口の穴径とノズル入口の穴径が板厚により一意的に決定され、選定材料及びプリンタ構造上の制約が多いという欠点がある。
【０００７】
［レーザー加工法］
他方、レーザー加工法はワークを溶融させて穴の加工を行うため、選定材料の限定は少ないが、インク出口側の穴径や、穴の真円度が各々の穴ごとにバラツキを生じ、しかも穴内壁の面粗さが粗い。またテーパ穴を作製する場合は、最初にインク出口側の穴をレーザー加工で作製し、その後、レーザーのヘッドを傾け、テーパ部分の加工を行わなければならない。そのため、テーパ角度がインク出口側の穴径とノズルプレートの板厚に制限を受ける。
【０００８】
［プレス加工法］
特許文献１などに記載されているプレス加工法は、ノズル形状及びその面粗さがパンチ形状およびその面粗さで決定できるため、インク出口側の穴径とインク入口側の穴径、及びテーパ角等の設定範囲は他の加工法に比べて広い。また、パンチを使用し、塑性加工法でノズル加工を行うため、ワークを溶融させて成形する方法と比較すると各々の穴間に生じる形状のばらつきが少ない。さらにほとんどの金属を材料として使用することができる。
【０００９】
［深穴化によるパンチ破損の問題］
しかし、プレス加工法で使用するワークの板厚は、プレス加工の取り扱い上及び、ワークの製造上の理由から５０μｍ程度が適当であるため、インク出口の穴径を小さくする場合も板厚が５０μｍ程度のワークを使用する。従って、インク出口の穴径に対する板厚の割合はインク出口の穴径が小さくなるに従って大きくなり、これに伴いパンチ破損頻度も増す。
【００１０】
［パンチ面粗さの問題］
また、パンチの面粗さが一定であれば、パンチ径が小さくなるに従ってパンチの面粗さによる切り欠き効果は大きくなる。そのため、パンチ径の微小化に伴ってパンチ面粗さも滑らかにする必要がある。パンチは研削加工で製作され、その後にラップ加工を施すが、寸法精度の維持や、ラップ加工でのパンチ破損を考慮すると、パンチの面粗さをラップ加工のみで向上させることはパンチ径が小さいほど困難となる。そのため、ラップ加工の前、すなわち研削加工後のパンチ面粗さを向上させる必要がある。
【００１１】
［パンチの形状と研削］
しかし、特許文献１に記載のノズル孔形状は、図１３ａおよび図１３ｂに示すように、インク出口側１０１で円柱状で、インク入口側１０２でテーパ状で、両者の境界部分は小径のアール面からなる環状曲面部１０３としている。そのため、研削砥石の加工軌跡を見ると、インク出口側１０１では研削砥石の回転軸に対し平行方向の１軸の送りで研削し、出口側の円筒部と入口側のテーパ孔部との間にある環状の曲面部１０３付近では２軸の送りで研削することになる。従って、１軸送りから２軸送りに移行する変曲点１０４では、砥石の移動に若干の静止が発生したり、砥石に僅かな振動が発生し、パンチの面粗さが粗くなるという欠点がある。そのため、インク出口側の円柱部分とインク入口側のテーパ孔部の間をつなぐ環状の曲面部１０３付近にてパンチ破損が早期に生じるという問題がある。
【００１２】
［ワークについての問題］
また、成形されるワークに関して述べれば、結晶粒径の大きさや、結晶方位分布の偏りとプレス成形品の関係は深く、結晶粒径が０．１〜０．２ｍｍと大きい場合には、プレス成形品にオレンジピールと呼ばれる肌荒れが生じ、不良となりやすい。また、結晶方位分布の偏りが極端に大きい場合には、プレス成形品に異方性が生じ、不良となる場合がある。
【００１３】
これらの場合には、熱処理条件の変更等により、結晶粒を微細化させ、プレス成形品の肌荒れを防止する方法や、圧延条件の変更等により、結晶方位分布の偏りを減少させ、プレス成形品の異方性を改善することにより対処することができる。たとえば、ワークの結晶粒径を微細にし、成形性の向上を図った例として、特許文献２等が上げられる。
【００１４】
特許文献２の技術は、プレス成形品が比較的大きく（ｃｍサイズ）、成形するワークが多くの結晶粒を含む場合に生じる諸問題を解決するための技術である。そのため、ノズルプレートなどの微細成形のように、成形するワークの結晶粒が少ない場合に発生する問題については配慮されていない。ノズルプレートのプレス成形においては、ワーク材質とパンチの組み合わせによっては、インク入口側の穴周辺がプレス加工により不均一な素材の隆起が発生し、ワーク搬送後にその隆起部分をストリッパで押圧し、インク入口側の穴径の真円度を低下させるという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、プレス加工で製作されるインクジェットプリンタのノズルプレートのノズル形状、材質、ワークの結晶粒径及び成形方法を改良し、高精細インクジェットプリンタに好適なノズルプレート、その製造に用いるパンチ、パンチ型ならびに製造方法を提供することにある。さらに本発明は、ノズルプレートに限らず、一般の微細なパンチ加工に好適に用いることができ、真円度が高いパンチ加工ができるパンチ型を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のノズルプレートは、金属プレートにプレス加工で多数のノズル孔をパンチング形成することにより得られるインクジェットプリンタ用のノズルプレートであって、それぞれのノズル孔が、インク出口側に向かって径が小さくなっていく滑らかな曲面で構成されていることを特徴としている（請求項１）。このようなノズルプレートにおいては、前記金属プレートをインバー型合金製のプレートとするのが好ましい（請求項２）。
【００１７】
本発明のノズルプレートの第２の態様は、金属プレートにプレス加工で多数のノズル孔をパンチング形成することにより得られるインクジェットプリンタ用のノズルプレートであって、前記金属プレートの加工範囲における最大結晶粒断面積が、ノズル孔を形成するパンチの加工領域における軸直角最大断面積よりも小さいものが好ましい（請求項３）。
【００１８】
本発明のパンチ（請求項４）は、インクジェットプリンタのノズルプレートを製造するために用いるパンチであって、ワークに嵌入される部分が、インク出口側に向かって次第に径が小さくなっていく滑らかな曲面で構成されていることを特徴としている。このようなパンチでは、前記曲面の輪郭形状の軸心に対する勾配が、先端側に向かって次第に緩くなっていくものでもよい（請求項５）。また、輪郭形状を、インク入口側では直線状で、出口側ではその直線に接する円弧状としてもよい。
【００１９】
本発明のパンチ型は、基材と、その基材に植設されたパンチと、加工されたワークをパンチから抜き出すために設置されるストリッパとを備えており、前記ストリッパのワークと接触する面が、軟質の高分子材料からなることを特徴としている（請求項６）。
【００２０】
本発明のノズルプレートの製造方法は、金属プレートに、前述のパンチ型で、かつ、ワークに嵌入される部分が、インク出口側に向かって次第に径が小さくなっていく滑らかな曲面で構成されているパンチを備えたパンチ型を用い、出口側を膨出させながら出口が貫通しない多数のノズル孔を形成し、ついで出口側の面を平坦に加工することにより出口を形成することを特徴としている（請求項７）。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のノズルプレート（請求項１）は、プレス加工により成形するので、電鋳法やレーザー加工法で製造するノズルプレートに比して、ノズルの穴形状の選択範囲が広い。さらに穴の真円度はパンチの成形精度によるので、穴間ごとのばらつきが少ない。しかも１回のプレス加工で多数の穴を一度に成形できるので、効率的に製造することができる。
【００２２】
さらにノズル孔がインク出口側に向かって径が小さくなっていく滑らかな曲面で構成されているので、ノズル孔の断面の輪郭形状は、ノズル孔の軸線と平行な直線を含まない。そのため、このノズル孔を形成するパンチは、１軸研削から２軸研削に移る領域を備えていない。したがってビビリなどによる面粗さが粗い部分がほとんどなく、滑らかであり、このパンチで形成されるノズル孔も滑らかにすることができる。
【００２３】
このようなノズルプレートにおいて、前記金属プレートをインバー型合金製のプレートとする場合（請求項２）は、合金中のニッケル含有量を変化させることにより、熱膨張係数を変えることができる。そのため、インク室プレートに使用するシリコン材料に合わせて熱膨張係数を設定することができる。それにより、ノズルプレートとインク室プレートとを熱硬化性樹脂等を用いて加熱して接合した後、プレート温度が室温に戻るときにプレートに破損や反りが生じにくい。
【００２４】
さらにインバー型合金は、ステンレス（たとえばＳＵＳ３１６Ｌ）と比較してｎ値（加工硬化係数）が低いため、加工後の硬度上昇が緩やかである。そのためパンチにかかる応力が少なく、パンチ寿命が延びる。
【００２５】
本発明のノズルプレートのダイ２の態様（請求項３）においては、前記金属プレートの加工範囲における最大結晶粒断面積が、ノズル孔を形成するパンチの加工領域における軸直角最大断面積よりも小さいので、ノズル穴の成形時にノズル穴のインク入口側の周縁から立ち上がる不均一な隆起が少なくなる。そのため不良品率が低くなる。
【００２６】
本発明のパンチ（請求項４）は、インク出口側に向かって径が小さくなっていく滑らかな曲面で構成されているので、研削時に１軸研削から２軸研削に移る領域がない。そのため砥石を静止させずに移動させることができ、しかも振動が生じにくい。したがってパンチの面粗さが滑らかであり、ノズル穴の成形時にパンチに破損が生じにくい。また、前記曲面の輪郭形状の軸心に対する勾配が、先端側に向かって次第に緩くなっていく場合（請求項５）は、変曲点を持たないため、研削時に砥石の移動が滑らかになり、一層パンチの面粗さが滑らかになる。
【００２７】
本発明のパンチ型（請求項６）は、ストリッパのワークと接触する面が、軟質の高分子材料からなるので、ノズル穴の成形時にノズル穴のインク入口側の周縁から立ち上がる不均一な隆起をつぶすことがない。そのため、インク入口側の真円度が高い。
【００２８】
本発明のノズルプレートの製造方法（請求項７）は、金属プレートに前述のパンチを備えたパンチ型でノズル孔を穿孔するので、それらのパンチおよびパンチ型の作用効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１ａは本発明のパンチを用いたプレス加工の一実施形態を示す断面図、図１ｂはそのパンチ型で成形された中間成形品の次工程を示す断面図、図２ａ、図２ｂおよび図２ｃはそれぞれパンチの縦断面の形状と板厚の関係を示す説明図、図３および図４はそれぞれ図１ａのパンチ加工によりノズル孔を形成したワークの一実施形態を示す拡大平面図および拡大斜視図、図５および図６はそれぞれ図１ａのパンチ加工によりノズル孔を形成したワークの他の実施形態を示す拡大平面図および拡大斜視図、図７および図８はそれぞれ図１ａのパンチ加工によりノズル孔を形成したワークのさらに他の実施形態を示す拡大平面図および拡大斜視図、図９は図１ａのパンチ加工により得られる中間成形品の一実施形態を示す拡大断面図、図１０および図１１はそれぞれは本発明のパンチ型を用いたプレス加工のさらに他の実施形態を示す断面図、図１２ａおよび図１２ｂは本発明のパンチの実施例および比較例を示す拡大写真である。
【００３０】
図１ａに示すパンチ型１０は、ノズルプレートの材料である金属板プレート（以下、ワークという）Ｗを受けるダイ１１と、ワークＷにノズル孔１２を形成するパンチ１３と、そのパンチ１３の上部を囲むストリッパ１４とを備えている。なお、図１ａではノズル孔１２は未貫通であり、図１ｂの研磨工程で貫通する。ダイ１１は、形成しようとするノズル孔１２の出口側の径ｄ１よりもかなり大きい貫通孔１５を備えている。貫通孔１５は通常は入口側の径ｄ２より小さい場合が多く、この実施形態でも小さい。ダイ１１の材質には超鋼合金などが用いられる。
【００３１】
前記パンチ１３は、根元部（図１ａの符号１６）の径Ｄが０．０５〜２ｍｍであり、とくに０．２〜０．８ｍｍが好ましい。根元部１６に続く肩部１７は略円錐状（角度θは２５〜９０度、とくに４０〜９０度）で、肩部１７から先端部１８までの領域では先端に向かって次第に細くなっている。さらに先端部１８では、断面の輪郭形状が滑らかな曲線で構成されており、さらに曲線の接線の勾配は先端に向かって次第に緩い勾配となるようにしている。
【００３２】
そのような曲線としては、円弧などがあげられる。パンチの先端面２０は平坦であり、円弧の中心Ｏは、パンチの下面とほぼ同じ高さの位置にある。それにより、パンチの下端では、円弧の接線が軸心とほぼ平行である。さらに先端径ｄ１はダイ１１の出口側の径ｄ１と実質的に同一の０．００９〜０．０３ｍｍ程度であり、前述のインク出口側の縦断面形状は半径Ｒ１が板厚ｔの１．５〜５倍程度、とくに１．５〜３倍程度の円弧状である。半径Ｒ１が板厚未満では図２ａに示すように成形素材内に変曲点Ｈが存在する。そのため、その部位で面粗さがいくらか粗くなる。しかしこの変曲点Ｈは、２軸研削（傾斜した直線）と２軸研削（円弧）の間の変曲点であるので、パンチの強度に影響するほど粗くなることはない。５倍を超えると図２ｂに示すように板厚の範囲で変曲点を持たないが、パンチ１３の加工部分の勾配が少なくなって円柱状に近くなり、パンチが折れやすくなる。なお、通常はパンチ１３の先端径ｄ１は、インク入口側の径をｄ２とするとき、３ｄ１＜ｄ２とするのが好ましい。それによって充分な勾配が与えられる。
【００３３】
図２ｃに示す場合でも、パンチの先端面２０は平坦面である。そして円弧の中心Ｏは、先端面２０の延長線上にあり、円弧の接線はパンチ１３の下端の角部Ａでパンチ１３の軸線と平行になる。なお、先端面の延長線よりいくらか下側にしてもよいが、その場合は先端で勾配を有するので、製品の穴精度が低下する。したがって平行とするのが最も好ましい。また、半径Ｒ１が板厚ｔの３〜４倍程度であれば、円弧とワークＷの上面との交点Ｂが円弧状に乗り、変曲点ＨはワークＷの外部になる。そのため、ワークＷに入り込む範囲では、パンチ１３の表面は変曲点を持たない。パンチ１３の材質は超鋼合金などが用いられる。
【００３４】
前記パンチ１３は、２軸研削により断面形状を形成するが、曲面部の面粗さは、図１３ａの曲率半径０．０２ｍｍなどの従来のパンチに比して滑らかである。これは断面形状が連続的に変化しているので、研削時に砥石を静止させずに移動させることができ、しかも振動が生じにくいためと考えられる。すなわち研削機のチャックに取り付けられたパンチ１３の回転軸に対し平行方向と直角方向の２軸制御で行なわれ、１軸送りから２軸送りに移行する変曲点が無い。そのため、変曲点における砥石の若干の静止や、僅かな振動が発生せず、パンチの面粗さが滑らかになる。したがって切り欠き効果が低減したパンチを使用でき、パンチの早期破損が発生しないと考えられる。
【００３５】
図１ａのパンチ型１０は、ダイ１１をプレスのボルスタ側（下型）に取り付け、パンチ１３をスライダ側（上型）に取り付けて、ダイ１１上にワークＷを載せ、スライダを昇降させて加工する。ワークＷとしては、厚さ０．０３〜０．１ｍｍ程度のステンレススチールあるいはインバー型合金などの金属プレートが用いられる。
【００３６】
図１ａではプレスの下死点の状態を示している。プレスのＺ軸（スライド）の下死点精度は±０．００１ｍｍ程度であるので、プレス下死点は、パンチ１３の先端部１８がダイ１１の上面より０．００２〜０．００３ｍｍ程度挿入する位置に設定する。したがってパンチ１３の先端部１８におけるダイ１１の貫通孔１５内に挿入される範囲は、ダイ上面より０．００１〜０．００４ｍｍ程度である。
【００３７】
上記の加工によりワークＷの下面は、ダイ１１の貫通孔１６内に凸面状に膨出する。そのため、パンチ１３の先端面２０がダイ上面よりも下降しているにも関わらず、パンチ加工によってはノズル孔１２は貫通していない。そしてプレス成形終了後に、ダイ１１の貫通孔１６内に膨出した凸部分２１を図１ｂに示すように研磨加工で除去することにより、ノズル孔１５が貫通したノズルプレート２２が得られる。このようにして得られたノズルプレート２２は本発明のノズルプレートの一実施形態である。
【００３８】
なお、パンチ１３の先端形状が図１３ａの場合のように円柱である場合は、円柱部分の径でインク出口側の径が決定されるので、パンチ先端部１８の径とインク出口側の径とは同値になる。しかし図１ａのパンチ１３は先端部１８の縦断面の輪郭が円弧状であるので、厳密にはパンチの先端部１８の径よりインク出口側の径がわずかに大きくなる。そのため、パンチ先端部１８の径を形成しようとするインク出口側の径よりわずかに小さくして、成形されるインク出口側の径を設計寸法に合わせるようにする。
【００３９】
しかしインク出口側の径に求められる精度は、通常は、インク出口側の径が０．００９ｍｍの場合、±０．０００５ｍｍ程度であるので、パンチ先端部の径をインク出口側の径にしても、許容精度範囲内となり、インクジェットプリンタとしての性能は充分に満たされる。また、プレスの下死点位置がダイの上面より０．００１〜０．００３ｍｍ程度の範囲で変化しても、得られるインク出口側の径は許容寸法範囲になる。なお、パンチ先端部の円弧状の輪郭形状の半径を０．１〜０．１１ｍｍ程度に大きくしておけば、プレス下死点位置の変動によりインク出口側の径の変動幅を充分に少なくすることができる。
【００４０】
前記ワークＷにはステンレス鋼、たとえばＳＵＳ３１６Ｌなども用いることができるが、インバー型合金、たとえば３６インバーが好ましい。インバー型合金を用いる場合、合金中のニッケル含有量を変化させることにより、熱膨張係数を変えることができる。そのため、ノズルプレートを接合するインク室プレートに使用するシリコン材料に合わせて熱膨張係数を設定することができる。それにより、ノズルプレートとインク室プレートとを熱硬化性樹脂等を用いて２００℃〜３００℃で加熱して接合した後、プレート温度が室温に戻るときにプレートに破損や反りが生じにくい。ニッケル含有量は、たとえば１０〜９０ｗｔ％の範囲で変化させる。他の成分として、マンガン（Ｍｎ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、コバルト（Ｃｏ）などが微量に含まれている。これらの成分は４２インバー、スーパーインバーなど、ワークの種類によって異なる。
【００４１】
さらにインバー型合金のｎ値は、０．１５〜０．２２と、ステンレス（たとえばＳＵＳ３１６Ｌ）のｎ値（０．３〜０．６）と比較して低いため、加工後の硬度上昇（増加）が緩やかである。そのためパンチにかかる応力が少なく、パンチ寿命が延びる。インバー型合金の場合、加工後硬度はＨＶ（ビッカース硬度）２６０〜２８０程度であり、ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）の硬度ＨＶ４５０〜５００よりも低い。そのため、パンチとワークの間に発生する摩擦による抵抗を差し引いたパンチにかかる応力は、約半分程度であるため、パンチ寿命もＳＵＳ３１６Ｌ（後述する表２の比較例のパンチ）で１００穴以上１，０００穴未満であるのに対し、３６インバーで（表２の実施例のパンチ）は１００，０００穴以上の延命化が可能である。
【００４２】
前記ワークＷをパンチで成形すると、ワークＷの下面側に凸部が形成されるほか、上面側、すなわちノズル孔の入口側の周縁に環状の隆起（図９の符号２５）が形成される。そしてその環状の隆起２５が大きいこと、および不均一であることにより、ノズル孔の真円度が低下する。隆起２５のばらつきは、ワークＷの結晶粒の大きさに影響される。
【００４３】
たとえば図３、図４に示すように、パンチで形成した穴２６の入口側の径ｄ２、すなわち最大径が、結晶粒２７の平均粒径と同程度あるいはいくらか大きい場合は、穴２６が１個の結晶粒２７に収まることがある。その場合は大径の輪郭は、ワーク表面からの隆起量が円周方向で異なるため、図４に示すようにワーク板厚方向にわずかな高低差をもった形状をしている。すなわち、１個の結晶粒内における成形の場合は、結晶粒内ではすべり面とすべり方向が整列しており、パンチ挿入方向に対するすべり方向の向きより、ワーク表面へ隆起している個所と隆起しない（あるいは隆起が少ない）個所が交互に現れ、異方性を生じている。図３で輪郭の四か所に立ち上がった部分があるのは、その異方性に基づく。
【００４４】
そしてワークの隆起２５はパンチのテーパ部分に沿って発生するため、隆起２５の部位は隆起していない部分よりも径が大きくなる。したがって形成した穴２６を大径側から観察したときの真円度は、図３に示すように、隆起部分の大きい径の部位２８と隆起していない小さい径の部位２９とが交互に現れ、四か所に角張った部位を備えた変形四角形の形状を呈する。
【００４５】
他方、図５および図６に示すように、穴２６が結晶粒界３０を横切るように形成される場合もある。とくに結晶粒の径が穴の径よりいくらか小さい程度の場合は、穴２６が２〜３個、あるいは数個程度の結晶粒２７をまたいで形成される。その場合は、結晶粒界３０近辺では陥没が生ずる。すなわち、結晶粒界３０は数原子程度の狭い繊維領域であるから、常温では結晶粒界のすべりは通常起こらない。したがって結晶粒界３０はワークへのパンチの嵌入に伴い、剪断が発生しない限り、ワーク内部に引きずり込まれ、陥没する。他方、結晶粒２７の内部では、前述の１個の結晶粒内で成形した場合と同様に、結晶粒内の異方性により、高さが異なる隆起が生ずる。
【００４６】
したがって、結晶粒２７の大きさとパンチ穴２６の大きさとがほぼ同程度の場合は、図３、図４のように１個の結晶粒の内部に穴２６が収まる場合と図５、図６のように結晶粒界３０を跨いで形成される場合とが生じ、穴２６の形状のばらつきがかなり大きくなり、形状精度が低くなる。なお、図３、図４の場合だけを選択することは、実際の製造では不可能である。また隆起２５は、プレス加工の後、研磨することにより取り除くことができるが、陥没は取り除くことができない。
【００４７】
他方、図７および図８に示すように、パンチ成形による穴２６が１０個以上の結晶粒２７を跨いで形成されるように結晶粒の大きさを小さくする場合は、１個の結晶粒２７の内部を横切る輪郭の長さが短いので、その凹凸は少ない。また、結晶粒が小さいため、結晶粒界３０で生ずる陥没も小さい。そのため、図７、図８に示すように、結晶粒の大きさが小さく、大きさのバラツキが少ないほど、各穴２６間の形状のバラツキが小さくなり、穴２６の真円度および形状精度も向上することがわかる。上記のことから、本発明のノズルプレートにおいても、ワークの最大結晶粒断面積が最大パンチ断面積よりも大きいワークを用いるのが好ましい。
【００４８】
図９はパンチ加工後のワークＷの断面であり、パンチで形成された穴２６の開口部周縁には隆起２５が生じている。多数のノズル孔を備えたノズルプレートを製造する場合、１個または複数個ずつパンチング成形するが、成形後、パンチからワークＷを引き剥がしてダイ１１の上に残すため、図１０に示すようにパンチ１３を囲むストリッパ１４をパンチ１３に対して上下移動自在に配置し、そのストリッパ１４を下方に付勢するバネ３１をストリッパ１４とダイホルダとの間に介在させている。ただしバネ３１を用いない固定型のストリッパとしてもよい。
【００４９】
パンチング成形では、１回プレスで加工した後、ワークＷを穴２６の１ピッチ分送り、つぎの加工位置にパンチを嵌入させて穴２６を形成するが、ストリッパ１４が前回加工した穴２６ｂの隆起を押圧して変形させる。それによりインク入口側の穴径ｄ２の真円度を低下させてしまう。このような変形した隆起２５は、プレス成形後にインク入口側の研磨加工を行ってある程度取り除くことができるが、その場合でも真円度は向上しない。
【００５０】
図１１のパンチ型３２はその問題を解消するために、ストリッパ１４の下面に軟質のシート３３を貼り付けている。このようなシート３３を設けると、図１１の左側に示すように、前回に加工した穴２６ｂの隆起２５がシート３３に食い込み、隆起２５が変形しない。したがってプレス加工後に研磨加工を行うと、インク入口側の真円度が高いノズル孔が得られる。
【００５１】
前記軟質のシート３３としては、合成樹脂シート、ゴムシートなどの高分子化合物製のシートが好ましいが、紙などの繊維質のシートなどのシートであってもよい。ただしシート３３は、同じ個所が前回の隆起部に当接するので、弾力性を備えた合成樹脂あるいはゴム製のシートが好ましい。そのようなシートとしては、酢酸セルロース系の合成樹脂シートがあげられる。シート３３は粘着剤、接着剤などを用いてストリッパ１４に貼り付ける。市販のセロファンテープなどの粘着テープを用いることもできる。
【００５２】
なお、シート３３をストリッパ１４に貼り付けることに代えて、ストリッパ１４の下面を軟質素材、とくに常温で弾性を有する高分子材料で構成したり、そのような素材からなるプレートを固定してもよい。また、ストリッパ１４のほか、成形されたワークをパンチから抜き出すために設置されたプレート、たとえば  バネ無しの固定ストリッパなどのワークと接触する面に同様の構成を設けてもよい。
【実施例】
【００５３】
つぎに実施例および比較例をあげて本発明のパンチおよびノズルプレートの効果を説明する。
【００５４】
［パンチの実施例］
図１ａに示す形状の実施例のパンチを準備した。パンチの先端部１８の径は０．００９ｍｍ、根元部の径は０．８ｍｍ、肩部のテーパ角度θは６０度、縦断面の輪郭の円弧の半径Ｒは０．１ｍｍ（パンチ先端部１８の径の約１０倍）とした。形成されるインク入口側の設計上の径は０．０４２ｍｍである。
【００５５】
［パンチの比較例］
図１３ａに示すように、パンチの先端部１０１を径０．０１０ｍｍ、長さ０．００７ｍｍを円筒状とし、上下の変曲点１０４、１０５の間の環状湾曲面１０３の縦断面の輪郭を半径０．０５ｍｍの円弧状とし、上側の変曲点１０５から上端１１０までの円錐部の高さを０．０３６ｍｍとしたものを比較例のパンチとした。
【００５６】
［面粗さ］
実施例、比較例のパンチの湾曲部の面粗さを走査型電子顕微鏡の映像を通して目視で確認した。その結果を表１に、走査型電子顕微鏡写真を図１２ａおよび図１２ｂに示す。
【表１】
2007137039.tif 000003
符号の説明
○：平滑
×：粗い
【００５７】
［耐久テスト］
実施例、比較例のパンチを、内径０．０５ｍｍのダイと組み合わせてパンチ型を構成した。プレスの下死点精度は±０．００１ｍｍであるので、プレス下死点ではパンチの先端部１８がダイ上面から０．００１〜０．００３ｍｍ貫通孔内に入り込む位置にプレス下死点を設定した。厚さ０．０５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）のプレートをワークＷとしてダイに乗せ、パンチの折損が生ずるまでプレス成形した。プレスストロークは２ｍｍとした。その結果を表２に示す。測定値は各パンチ３本の平均値である。
【００５８】
【表２】
2007137039.tif 000004
【００５９】
表２から分かるように、実施例のパンチでは１０００回以上の成形が可能であったのに対し、比較例のパンチでは１００回程度で湾曲部で破損した。さらに比較例のパンチでは数十回で破損したものもあった。これにより実施例のパンチの耐久性は比較例のパンチより１０倍以上高いことが分かる。
【００６０】
［ノズルプレートの実施例１］
前述の実施例のパンチで前述の板厚０．０５ｍｍのインバー型合金（３６インバー）製のプレートに穿孔を行った後、ダイ内径内に成形された凸部分２６を研磨加工で除去し、ノズル孔を貫通させてノズルプレートを製造した。得られたノズルプレートを実施例１のノズルプレートとする。
【００６１】
［ノズルプレートの実施例２］
材質をステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）としたほかは、実施例１のノズルプレートと同様にして実施例２のノズルプレートを製造した。
【００６２】
［加工後の硬度およびパンチの耐久性］
上記の実施例１、２のノズルプレートの加工前および加工後の硬度をビッカース硬度計により測定した。さらにパンチが折損するまでの加工回数を測定した。それらの結果を表３に示す。実験に用いたパンチは各３本で、数値は平均値である。
【表３】
2007137039.tif 000005
【００６３】
上記のように実施例１（インバー型合金）と実施例２（ステンレス）とは、加工前の硬度ではほぼ同等であるが、加工後は実施例１では加工前とほとんど変わらず、実施例２では加工後に大きく加工硬化を生じている。そのため、パンチ寿命も実施例１のほうが実施例２よりも大幅に長い。
【００６４】
また実施例１のノズルプレート（インバー型合金）を、シリコンで作製された従来のインク室プレートに熱硬化性の接着剤を使用して接着温度２００℃〜３００℃で接合させた。プレートの温度が室温に戻った後もシリコンの割れや、ソリ等は確認できず、インクジェットプリンタのヘッドとしての機能は充分に満足できるものであった。しかし実施例２のノズルプレート（ステンレス製）の場合、上記と同様の接着条件でインク室プレートに接合したところ、シリコンの割れや反りが生じた。
【００６５】
［ノズルプレートの実施例３］
表面の最大結晶粒断面積が約７．８５×１０-5ｍｍ2で、結晶粒径０．０１ｍｍのワークに対し、パンチの実施例１の場合と同様にしてプレス成形して実施例３のノズルプレート３を製造した。レーザー顕微鏡と走査型電子顕微鏡を用いて測定したパンチの精密な寸法は、インク出口側の径が０．００９ｍｍで、真円度（目標円からずれている寸法の最大値）が０．０００５ｍｍ、成型時にワークと接触する部分の最大パンチ断面積が約１．３×１０-3ｍｍ2であった。ダイの内径は０．０５ｍｍである。ノズル孔の目標寸法は、小径側の径が０．００９±０．０００５ｍｍで、大径側の径が０．０４±０．００２2ｍｍで、その真円度が０．００３mmとした。サンプル穴数は１０個とした。
【００６６】
［ノズルプレートの実施例４］
最大結晶粒断面積が約１．９６×１０-3ｍｍ2で、結晶粒径が０．０５ｍｍのワークを用いたほかは、実施例２と同様にして実施例４のノズルプレートを製造した。穴数は実施例３と同様に１０個とした。
【００６７】
実施例３および４のノズルプレートのノズル孔の大径側の真円度の測定結果を表４に示す。
【表４】
2007137039.tif 000006
Ａ：穴が結晶粒内に収まった場合
Ｂ：穴が数個の結晶粒に跨った場合
【００６８】
実施例３のノズルプレートのノズル孔の大径側は、図７、図８に示すように、多数の結晶粒を跨ぐ状態で形成されていた。表４に示すように、すべてのサンプルにおいて、ノズル孔の大径側の真円度は０．００１〜０．００２ｍｍの範囲にあった。また、寸法のバラツキも少なかった。
【００６９】
他方、実施例４のノズルプレートでは、ノズル孔の大径側の形状は、１０個のサンプルでは図３、図４に示すように、結晶粒の内部に穴が形成されていた。表４に示すように、その場合の真円度は０．００２〜０．００３であった。他の１０個のサンプルでは図５、図６に示すように、数個の結晶粒を跨いで穴が形成されていた。その場合の真円度は０．００３〜０．００５であった。つまり実施例４Ａ、実施例４Ｂの全体では、真円度は０．００２〜０．００５ｍｍであり、寸法のバラツキが大きかった。
【００７０】
［ノズルプレートの実施例５］
つぎに実施例３と同条件で、図１１のパンチ型を用いてノズル間ピッチ０．０８５ｍｍ±０．００２ｍｍで５１２穴のノズルを持つ実施例５のノズルプレートを製作した。ノズルプレートの素材としては、実施例３のノズルプレートと同じものを用いた。
［ノズルプレートの実施例６］
図１０のパンチ型を用いたほかは、実施例５と同様にして実施例６のノズルプレートを製作した。
【００７１】
実施例６のノズルプレートでは、図８および図９に示すように、インク入口側の穴周辺に発生する僅かな隆起部分２７を図１０に示すストリッパで押圧し、変形させ、インク入口側の穴径の真円度を低下させてしまい、プレス成形後にインク入口側の研磨加工を行なっても、真円度は０．００１〜０．００３程度であった。これに対し、実施例５のノズルプレートでは、インク入口側の穴周辺に発生する僅かな隆起部分２７は、ワーク搬送後にストリッパで押圧しても、変形せず、インク入口側の穴径の真円度を低下させることはなく、プレス成形後にインク入口側の僅かな隆起部分を研磨加工で除去することにより、真円度は０．００１ｍｍ以下になり、好適な結果を得た。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１ａは本発明のパンチを用いたプレス加工の一実施形態を示す断面図であり、図１ｂは図１ａのパンチ型で成形された中間成形品の次工程を示す断面図である。
【図２】図２ａ、図２ｂおよび図２ｃはそれぞれパンチの縦断面の形状と板厚の関係を示す説明図である。
【図３】図１ａのパンチ加工によりノズル孔を形成したワークの一実施形態を示す拡大平面図である。
【図４】図３のワークの拡大斜視図である。
【図５】図１ａのパンチ加工によりノズル孔を形成したワークの他の実施形態を示す拡大平面図である。
【図６】図５のワークの拡大斜視図である。
【図７】図１ａのパンチ加工によりノズル孔を形成したワークのさらに他の実施形態を示す拡大平面図である。
【図８】図７のワークの拡大斜視図である。
【図９】図１ａのパンチ加工により得られる中間成形品の一実施形態を示す拡大断面図である。
【図１０】本発明のパンチ型を用いたプレス加工のさらに他の実施形態を示す断面図である。
【図１１】本発明のパンチ型を用いたプレス加工のさらに他の実施形態を示す断面図である。
【図１２】図１２ａおよび図１２ｂはそれぞれ実施例および比較例のパンチの表面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図１３】図１３ａは従来のパンチを用いたプレス加工の一例を示す断面図、図１３ｂはその要部拡大図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０  パンチ型
Ｗ  ワーク
１１  ダイ
１２  ノズル孔
１３  パンチ
１４  ストリッパ
ｄ１  出口側の径
ｄ２  入口側の径
１５  貫通孔
１６  根元部
１７  肩部
１８  先端部
Ｒ１  円弧の半径
２０  先端面
２１  凸部分
２２  ノズルプレート
２５  隆起
２６  穴
２６ｂ  前回加工した穴
２７  結晶粒
２８  大きい径の部位
２９  小さい径の部位
３０  結晶粒界
３１  バネ
３２  パンチ型
３３  シート
【図１】
2007137039.tif 000007
【図２】
2007137039.tif 000008
【図３】
2007137039.tif 000009
【図４】
2007137039.tif 000010
【図５】
2007137039.tif 000011
【図６】
2007137039.tif 000012
【図７】
2007137039.tif 000013
【図８】
2007137039.tif 000014
【図９】
2007137039.tif 000015
【図１０】
2007137039.tif 000016
【図１１】
2007137039.tif 000017
【図１３】
2007137039.tif 000018
【図１２】
2007137039.tif 000019